Wenn es um neue Energiequellen geht, sind Windkraft, Wasserkraft, Solarenergie und Kernkraft alle bekannt und die meisten von ihnen sind Lieblinge des Kapitalmarkts. Allerdings ist Wasserstoff als ebenso bedeutender Konkurrent bislang relativ unbekannt und wenig sichtbar. Dennoch ändern sich die Zeiten. Die Shanghai Import Expo im November 2021 durchbrach dieses inhärente Muster. Das japanische Unternehmen Toyota stellte zum ersten Mal in China den Wasserstoff-Brennstoffzellen-Pkw Mirai der zweiten Generation vor. Er verfügt über eine maximale Reichweite von 850 Kilometern und übertrifft damit die meisten New-Energy-Fahrzeuge mit Lithiumantrieb auf einen Schlag.
Heutzutage ist das sogenannte „wasserstoffbetriebenes Fahrzeug„Bezieht sich speziell auf Autos mit Wasserstoff-Brennstoffzellen. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien sind Wasserstoff-Brennstoffzellen jedoch im Wesentlichen Geräte, die durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugen. Das letztendliche Nebenprodukt dieser chemischen Reaktion ist im Gegensatz zu herkömmlichem Kraftstoff ausschließlich Wasser Fahrzeuge, die Stoffe wie Kohlenoxide, Stickoxide und Schwefeloxide ausstoßen. Daher gilt Wasserstoff als Energiequelle, die „Null-Emissionen“ erreichen kann.
In Wasserstoff-Brennstoffzellen spielt Titan eine entscheidende Rolle.Aus Titan gefertigte Bipolarplatten in Wasserstoff-Brennstoffzellen zeichnen sich durch geringe Dicke, hervorragende Leitfähigkeit, gute thermische Eigenschaften, hohe mechanische Festigkeit und effiziente Gasisolierung aus. Diese Eigenschaften tragen dazu bei, die Leistungsdichte der Zelle zu erhöhen. Das japanische Brennstoffzellenfahrzeug Toyota MIRAI nutzt aus Titan gefertigte Bipolarplatten. Darüber hinaus verwendet die Gasdiffusionsschicht (GDL oder PTL), die 17 % der Kosten des Elektrolyseurs ausmacht, leistungsstarkes Titan in Industriequalität als Anodengrundmaterial, wodurch maximale Aktivität erreicht werden kann.
Das grundlegende Funktionsprinzip von Wasserstoff-Brennstoffzellen besteht darin, dass Wasserstoff durch den Katalysator (Platin) an der positiven Elektrode der Zelle strömt, wo er in Elektronen und Wasserstoffionen zerfällt. Anschließend wandern die Wasserstoffionen durch eine Protonenaustauschmembran zur negativen Elektrode, wo sie mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser und Wärme reagieren. Gleichzeitig fließen Elektronen von der positiven Elektrode durch einen externen Stromkreis zur negativen Elektrode und erzeugen so elektrische Energie.
Vereinfacht ausgedrückt verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle und erzeugen Strom und Wasser. Der Strom treibt das Fahrzeug an, während Wasser das einzige aus dem Fahrzeug ausgestoßene Nebenprodukt ist.
Aus diesem Funktionsprinzip ergeben sich drei wesentliche Vorteile von Wasserstoff-Brennstoffzellen:
Erstens Sauberkeit: Das einzige Nebenprodukt ist Wasser, wodurch Kohlendioxidemissionen vermieden werden.
Zweitens Sicherheit:Der elektrochemische Prozess, der Wasserstoff-Brennstoffzellen antreibt, verringert im Gegensatz zu verbrennungsbasierten Systemen das Risiko einer Selbstentzündung oder Explosion.
Drittens Bequemlichkeit: HWasserstoffgas kann komprimiert werden, was seinen Transport und seine Lagerung erleichtert.
Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Brennstoffzelle in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen von herkömmlichen chemischen Batterien unterscheidet. Eine Brennstoffzelle ermöglicht eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ohne Verbrennung, wobei Wasser als Nebenprodukt entsteht und elektrische Energie freigesetzt wird.
Die elektrische Energie in Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen wird sofort durch die Reaktion zwischen gespeichertem Wasserstoff und Luftsauerstoff im Brennstoffzellenstapel erzeugt, anders als bei Elektrofahrzeugen, die Energie aus einem externen Netz speichern, bevor sie sie nutzen. Daher ähnelt ihr Energiefreisetzungsprozess trotz der Bezeichnung „Brennstoffzelle“ bei Wasserstofffahrzeugen eher einem Verbrennungsmotor (Reaktion von Benzin mit externem Sauerstoff) als dem Energiespeicherprozess in Elektrofahrzeugen.
Ähnlich wie bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist die teuerste Komponente in einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug das Energieerzeugungsgerät und nicht der Energiespeicher (bei Elektrofahrzeugen ist beispielsweise die Batterie die teuerste Komponente, und innerhalb der Batterie ist sie es auch). Anode, Kathode und Elektrolyt). Konkret handelt es sich um den Brennstoffzellenstapel und nicht um den Wasserstoffspeichertank.
Aufgrund der relativ hohen Kosten von Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen, insbesondere des Brennstoffzellenstapels, sind die Produktionskosten für Wasserstofffahrzeuge derzeit höher als die von reinen Elektrofahrzeugen und herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Dieser Kostenfaktor stellt nach wie vor ein erhebliches Hemmnis für die Entwicklung der Fahrzeugindustrie mit Wasserstoff-Brennstoffzellen dar.
